KR200275897Y1 - 유해 가스 중화 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 용광로에서 발생되는 슬래그를 수재 처리하는 과정에서 발생하는 유해 가스를 응축수로 변화시켜 중화하는 유해 가스 중화장치에 관한 것으로, 수재설비의 굴뚝을 밀폐시키고 내부에 응축기를 설치하여 교반조 내부에 고온의 수증기를 대류현상으로 상승시켜 응축기 내부로 들어가게 하고, 콜드웰에 저장되어 있는 냉각수를 이용하여 상기 고온의 수증기를 냉각, 응축수화시키고, 상기 응축기 내부에서 처리되지 못한 잔여 수증기는 분사되는 냉각수의 유량을 조절함에 의해 수증기를 최소화시키며, 상기 최소화된 잔여 수증기를 또 다시 원심 분리기 내부에 들여보내 분사되는 냉각수로 냉각 및 응축수화시킴으로써, 유해 가스가 함유한 대량의 수증기를 최대한 대기로 방출하지 않도록 하고, 또한 고온의 수증기를 응축수화하여 재활용 할 수 있으며, 생산성 향상에 기여 할 수 있는 기술이다.

Description

유해 가스 중화 장치

본 고안은 유해 가스 중화장치에 관한 것으로, 특히 용광로에서 발생되는 슬래그(Slag)를 수재 처리하는 과정에서 발생하는 이산화황 가스나 아황산 가스 등의 유해 가스를 응축수화로 변화시켜 중화하는 유해 가스 중화장치에 관한 것이다.

종래의 유해 가스 발생 상태에 대해 첨부 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1 은 종래의 수재 설비 굴뚝에서 발생하는 유해 가스의 방출 상태도이다.

일반적으로 용광로(11) 내부에서 환원 용융된 쇳물은 철봉이나 비트(Bit) 등의 기구를 이용하여 출선 구멍을 뚫는 개공 작업을 통해 용광로(11) 바닥에 생성되어 있는 용융물인 쇳물과 슬래그가 노내 압력에 의해 용광로(11) 밖으로 함께 배출된다.

그리고 슬래그는 비중 차이에 의하여 탕도 내에서 스키머(Skimmer)를 통하여 비중이 작은 슬래그는 스키머 상단으로 분리되어지고, 비중이 큰 쇳물은 스키머 하단으로 분리되어 진다. 따라서 분리된 쇳물은 쇳물 탕도를 통해서 경주통에 도달하여 용선차에 수선된다.

한편, 스키머 상단으로 분리되어진 슬래그는 슬래그 탕도를 통과하여 괴재 처리장과 세립화 시키는 수재 처리 설비에 의해서 처리된다.

상기한 과정중 출선구에서 배출된 용융 슬래그는 용선과 분리되면서 수재 스플레이 박스(13)내로 약 3∼4ton/h 의 양이 유입되고, 살수 노즐부터 분사되는 고압수에 의해 냉각되면서 수증기를 발생시킨다.

이때 상기 발생된 수증기는 화학적인 반응을 통해 유해 가스를 포함한 수증기로 변화되어 굴뚝(12)을 통해 대기로 방출되고, 냉각되는 용융 슬래그는 미세하게 부서지면서 교반조(15)에 미립 수재가 모이게 된다.

이때 상기 미립 수재는 스크루 콘베어(16)의해 이송 벨트(17)에 올려지면서 메인 이송 벨트(28)를 통해 호퍼(27)에 모이게 된다.

그리고 교반조(15)에 집수되는 냉각수는 침전조(18)로 오버 플로(Over flow)되고, 이때 미립 수재와 미립수는 스크린(20)에 포집되어 이송 벨트(21)에 올려지고 이송 벨트(21)의 미립 수재는 메인 이송벨트((Main Belt)에 의해 호퍼(Hopper)(27)에 모이게 된다.

한편 침전조(18)의 미립수는 다시 펌프(19)에 의해 교반조(15)로 공급되고, 침전조(18)에서 핫웰(Hot Well)(22)로 오버플로되는 고온의 냉각수(약 70 ℃)는 펌프에 의해 쿨링타워로 유입되어, 여기서 살수 노즐로부터 분사되는 냉각수가 냉각팬(Colling fan)(26)에 의해 고온의 냉각수가 냉각된다. 그리고 쿨링 타워에서 냉각된 고온의 냉각수는 콜드 웰(Cold Well)(25)에서 집수되어, 펌프(24)에 의해 스프레이 박스(13)로 공급되어 재활용된다.

한편, 기 출원되어 있는 종래의 기술 중 실용신안등록출원 제 97-13120호(고안의 명칭 : 용광로의 수재설비에서 발생되는 수증기의 재활용 장치)에서는, 수증기가 5g/N㎥이상 검출되고, 유량계에서 1ton/h이상의 수증기가 검지 되어야 하며, 용광로의 설정 습분중 증기 취입이 2ton/h이상 가능한 조건이 동시에 만족되어야만 하는데, 일반적으로 수재설비 가동 초기에는 수증기가 1ton/h이상 검출되지 않으므로 전량 대기로 방출하고 있으며, 또한 상기한 조건들을 만족해야 하는 제약이 있다.

또 다른 공지된 기술의 하나는 실용신안등록출원 제 94-36757호(명칭:용광로의 황산 배출 가스 제거 장치)이다.

상기 종래 기술에서는, 환상형 구조의 급수 배관을 굴뚝 내부에 삽입하여 분사 노즐로 냉각수를 살수하여 수증기를 60℃ 이하로 냉각 응축 시킴으로써 증기에 함유된 SOx 성분이 응축수 및 분사수에 함유되어 굴뚝 하부로 낙하되도록 하여 굴뚝 증기의 SOx 성분을 제거한다.

또한 굴뚝 하부로 낙하되는 응축수 및 분사수는 침전조에 유입 시키고, 상기 침전조에 회수된 냉각수는 SOx 중화제를 투입하여 재사용하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 가스제거장치에서는, 굴뚝을 개방 시킨 상태로 냉각수를 살수하여 SOx 성분을 제거하나 증기가 60℃이하로 냉각 응축되지 않는 수증기는 굴뚝을 통해 대기로 방출하는 문제점과, 또 침전조에 회수된 냉각수에 SOx 중화제를 투입해야 하는 이중적인 문제점이 있다.

한편 용융 슬래그와 수재의 화학 조성은 다음과 같다

* 용융 슬래그 *

구분	SIO2	CaO	Al2O3	TIO2	MnO	S	P2O5	K2O	Na2O
%	35.10	42.12	13.50	0.09	0.50	7.50	0.20	5.0	1.35

* 수재 *

구분	SIO2	CaO	Al2O3	MgO	MnO	S	K2O	Na2O
%	34.51	41.53	13.57	7.26	0.38	0.88	0.36	0.38

또한, 유해 가스 발생 반응식을 구체적으로 기술하면 다음과 같다.

① 생성 공식

2H₂O + S(GAS) → 2H₂+ SO₂(이산화황 가스)

H₂O + S(GAS) → O + H₂S(아황산 가스)

② 산화 공식

H₂S + ½O₂→ SO₂+ H₂O

또한, 종래의 수재 설비 굴뚝을 통하여 대기로 나가는 수증기중 유해 가스 발생현황은 대략 다음과 같다.

① 수증기 발생량 : 400∼600kg/min

② H₂O : 30 ∼ 760 ppm

③ SO₂함량 : 15 ∼ 20 ppm(배출 허용 기준치 : 300ppm)

상기와 같은 유해 가스는 용융 슬래그가 수재화되는 과정에서 발생되고, 발생된 유해 가스와 유해 가스를 포함한 수증기를 수재 설비 굴뚝을 통해 전량 대기로 방출되어 대기 오염을 가중시키고 있다.

또한 상기 유해 가스의 생성과 함께 발생되는 대량의 수증기로 인해 설비가 부식, 마모될 뿐만 아니라, 이로 인해 작업의 생산성이 저하되고, 동시에 설비의 관리 비용이 증가되고, 아울러 상기 발생된 수증기가 작업자 시계를 방해하여 안전 사고 원인을 제공하는 등의 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 수재 굴뚝에서 발생하는 유해 가스를 함유한 수증기를 안정성과 편리성이 확보되면서 빠르고 용이하게 응축소화가 되도록 하는 유해 가스 응축수화에 의한 유해 가스 중화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래의 수재 설비 굴뚝에서 발생하는 유해 가스의 방출 상태도

도 2 는 본 고안에 따른 유해 가스 중화장치의 전체 구성을 도시한 도면

도 3 는 본 고안의 유해 가스 중화 장치의 상세도

도 4 는 본 고안에 따른 원심 분리기의 상세도

도 5 는 본 고안의 유해 가스 중화장치를 이용하여 유해 가스를 제거하기 위한 작동 공정순서를 도시한 플로우챠트

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 용광로 12 : 굴뚝

13 : 스프레이 박스 14 : 취제상

15 : 교반조 16 : 스크루 콘베어

17, 21, 28 : 이송 벨트 19, 23, 24, 29 : 펌프

22 : 핫웰(Hot Well) 25 : 콜드웰(Cold Well)

31, 35 : 콘트롤 밸브 30, 33, 34, 39, 42, 46 : 배관

32, 36, 38 : 유량계 37 : 응축기

40 : 원심 분리기 41 : 온도계

43 : 제어부 45 : 살수 노즐

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 용광로 수재 굴뚝에서 발생하는 유해 가스를 응축수화에 의해 중화시키는 유해 가스 중화장치에 있어서,

수재 설비 교반조 굴뚝이 밀폐되고, 상기 밀폐된 굴뚝 내부에 설치된 응축기와;

상기 응축기 하부에 부착되어 핫웰로 연결된 응축수 배수배관과;

상기 응축기 내부로 냉각수를 공급하는 냉각수 살수지관과;

상기 냉각수 살수 지관으로 공급되는 냉각 유량을 조절하는 유량 감지 및 조절수단과;

콜드 웰에 모여 있는 냉각수를 펌핑하는 펌프와;

상기 펌프에 연결된 메인 급수배관과;

상기 응축기에서 잔여 수증기를 배출하는 배출배관과;

상기 배출배관에 부착되어 잔여 수증기를 응축수로 치환하는 원심 분리기와;

상기 원심 분리기 내부에서 응축수화된 냉각수를 배수하는 배수배관과;

상기한 각 구성부재들과 연결되어 기기 상호간의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 구성으로 된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 유해 가스 중화장치의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2 는 본 고안에 따른 유해 가스 중화장치의 전체 구성을 도시한 도면이고,

도 3 는 본 고안의 유해 가스 중화 장치의 상세도이며

도 4 는 본 고안에 따른 원심 분리기의 상세도이다.

먼저, 도 2 에 도시한 바와 같이, 수재 수증기 배출 굴뚝(12)을 밀폐 시키고, 상기 배출 굴뚝(12)의 내부에 원통형 깔때기 모양으로 제작된 응축기(37)를 설치하고, 상기 응축기(37)의 하부 끝부분에 배관(46)을 용접 부착하여 핫웰(22)까지 연결한다.

상기 응축기(37) 하단 부위에 잔여 수증기가 배출되는 배관(39)을 용접 부착하고, 또한 상기 배관(39)에 유량계(38)를 장착하며, 배관(39) 끝부분에 상부는 나선형으로 되고 하부는 깔때기 모양으로된 원심 분리기(40)를 부착시킨다. 그리고 상기 원심 분리기(40)의 상부면과 같은 모양의 철판을 용접 부착함에 의해 밀폐된 일정한 공간이 형성되도록 한다.

또한 원심 분리기(40)의 내측 상부면에는 다수개의 살수노즐(45)을 나선 방향으로 설치한다. 그리고, 상기 원심 분리기(40) 하측 단부에는 배관(42)을 다시 용접 부착하여 교반조(15)에 취합시킨다. 이때 상기 배관(42)상에는 온도계(41)가 설치되어 진다.

한편, 콜드웰(25)에 일정한 크기의 구멍을 내어 차단 밸브가 장착된 배관(30)을 삽입 고정 시키고 펌프(29)를 배관(30)에 연결다. 그리고 상기 펌프(29)의 토출측에 콘트롤 밸브(31)가 장착된 배관(30)을 결합 시키고, 또 살수 유량을 알 수 있도록 유량계(32)를 배관(30)에 장착한다.

한편 상기 응축기(37) 내부에 다수개의 살수지관(33)을 설치하여 상기 메인 배관(30)에 용접 부착한다.

그리고, 상기 살수 메인 배관(30)에서 분리되어 원심 분리기(40) 상부를 통하는 배관(34)이 연결되어진다.

한편, 본 고안은 상기한 모든 기기와 연결되어 기기 상호간의 제어와 조작을 위한 제어부(43)를 구비하는 구성으로 된다.

이하에서는 상기와 같이 구성되는 본 고안의 유해 가스 중화장치의 작용에 대해 설명한다.

우선, 본 고안의 유해 가스 중화장치는 일련의 자동운전으로 행해지며, 이 모든 제어는 제어부(43)를 통해 가능케 된다.

용광로(11)의 수재설비를 운전자가 가동시키면, 이를 제어부(43)가 검지하여 살수 펌프(29)를 가동시키고, 콜드 웰(25) 냉각수를 펌핑과 동시에 콘트롤 밸브(31)를 일정한 개도만큼 개방 되도록 제어부(43)에서 일련의 제어가 이루어진다.

그리고 살수 메인 배관(30)에 설치된 유량계(32)가 유량을 검지하면서 유량을 응축기(37) 살수 지관(33)으로 공급하여 응축기(37) 내부에 분사되게 한다.

또한 살수 메인 배관(30)에서 분리된 2차 배관(34)으로 원심 분리기(40)급수통(44)으로 공급되는 동시에, 살수 노즐(45)로 원심 분리기(40) 내부에서 회오리 방향으로 냉각수를 살수하기 시작한다.

한편, 분리되어진 슬래그는 스프레이 박스(13) 앞으로 떨어지는데, 낙하되는 슬래그는 살수노즐로부터 분사되는 고압수로 의해 용융 슬래그가 급냉되면서 세립 수재화되고, 이때 급냉각되면서 고온의 수증기를 발생시킨다.

그리고 고온의 수증기는 위로 올라가고 온도가 낮은 수증기는 아래로 내려오는 대류 현상이 반복적으로 일어나는 성질을 이용하여, 고온의 수증기는 굴뚝 상부로 올라오는 동시에 응축기(37) 내부로 들어간다.

따라서 응축기(37) 내부로 들어온 고온의 수증기는 살수되는 냉각수로 인해 냉각되면서 응축되어 응축수로 치환된다. 그러므로 응축기(37) 내부에 고온의 수증기가 응축수로 치환된 응축수는 응축기(37) 하부에 포집되면서 배관(46)으로 통해 핫웰(22)로 배수된다.

상기와 같은 작용이 연속적으로 이루어지며, 고온의 수증기가 응축기(37) 내부에서 응축수화로 되지 않은 잔여 수증기는 배출 배관(39)을 통해 빠져나오고, 상기 배출되는 잔여 수증기의 량을 유량계(38)가 검출하여 일정량 이상이면 응축기(37) 내부에서 고온의 수증기가 응축수화로 되는 과정이 떨어진다는 것을 인식하여 이를 제어부(43)에서 검지하여 유량 콘트롤 밸브(31) 개도를 증가 시켜 살수 유량을 증대하므로써 수증기가 응축수화로 치환되는 량을 증대시키도록 한다.

그리고 상기 응축기(37) 내부에서 고온의 수증기가 응축수화로 치환된 후, 응축수화되지 않은 나머지 잔여 수증기는 배출 배관(39)을 통해 배출되면서 유량계(38)를 거쳐 원심 분리기(40) 내부로 들어가게 된다.

따라서 원심 분리기(40) 내부에 들어온 잔여 수증기는 회오리 치면서 살수되는 냉각수로 인해 응축수화로 변화하여 교반조(15)로 배수된다. 이때 상기 교반조(15)로 배수되는 배관(42) 내부의 온도를 온도계(41)가 검지하여 잔여 수증기가 완전히 응축수화되는 것을 온도계(41)가 검지하게 된다. 즉 일정한 온도 이하일때는 완전히 응축수화가 되어 배수되는 것이며, 일정 온도 이상이면 완전히 응축수화가 되지 않고 잔여 수증기가 배수배관(42)을 통해 교반조(15)로 배출된다는 것을 알수가 있다. 이때는 콘트롤 밸브(35)의 개방 폭을 증가 시켜 살수 냉각수 유량을 증대하므로서 완전히 응축수화로 되도록 한다.

한편 응축기(37) 내부와 원심 분리기(40) 내부에 살수되는 냉각수는 콜드 웰(25)의 냉각수에 함유된 소석회(Ca(OH₂)) 성분을 이용하여 냉각수 살수시 SO₂(이산화황 가스)와 반응하여 중화하게 된다.(참고 : 대기오염 공학 대사전, P214, 석회-석고법)

여기서, 상기 유해 가스(SO₂, H₂S)를 중화시키는 화학식을 구체적으로 기술하면 다음과 같다.

① 흡수 공식

SO₂+ Ca(OH₂) → CaSO₃· ½H₂O + ½H₂O

② 산화 공식 : 석고(CaSO4) 생성후 수재 표면에 부착

CaSO₃· ½H₂O + ½O₂+ ⅔H₂O → CaSO₄· 2H₂O

상기와 같은 방식으로 인해 유해가스를 포함한 수증기를 응축수화 및 유해 가스를 중화시킬 수 있다.

한편, 도 5 는 본 고안의 유해 가스 중화장치를 이용하여 유해 가스를 제거하기 위한 프로우챠트로서, 앞서 설명한 본 고안의 유해 가스 중화장치 작동 공정순서를 공정순으로 정리한 것이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 고안의 유해 가스 중화장치는 수재설비의 굴뚝을 밀폐시키고 내부에 응축기를 설치하여 교반조 내부에 고온의 수증기를 대류현상으로 상승시켜 응축기 내부로 들어가게 하고, 콜드웰에 저장되어 있는 냉각수를 이용하여 상기 고온의 수증기를 냉각, 응축수화시키고, 또한 상기 응축기 내부에서 처리되지 못한 잔여 수증기는 분사되는 냉각수의 유량을 조절함에 의해 수증기를 최소화시키며, 상기 최소화된 잔여 수증기를 또 다시 원심 분리기 내부에 들여보내 분사되는 냉각수로 냉각 및 응축수화시킴으로써 유해 가스가 함유한 대량의 수증기를 최대한 대기로 방출하지 않도록 하고, 또한 고온의 수증기를 응축수화하여 재활용 할 수 있으며, 생산성 향상에 기여 할 수 있다.

Claims (1)

1. 용광로 수재 굴뚝에서 발생하는 유해 가스를 응축수화에 의해 중화시키는 유해 가스 중화장치에 있어서,

   수재 설비 교반조 굴뚝이 밀폐되고, 상기 밀폐된 굴뚝 내부에 설치된 응축기와;

   상기 응축기 하부에 부착되어 핫웰로 연결된 응축수 배수 배관과;

   상기 응축기 내부로 냉각수를 공급하는 냉각수 살수 지관과;

   상기 냉각수 살수 지관으로 공급되는 냉각 유량을 조절하는 유량 감지 및 조절수단과;

   콜드 웰에 모여 있는 냉각수를 펌핑하는 펌프와;

   상기 펌프에 연결된 메인 급수배관과;

   상기 응축기에서 잔여 수증기를 배출하는 배출배관과;

   상기 배출배관에 부착되어 잔여 수증기를 응축수로 치환하는 원심 분리기와;

   상기 원심 분리기 내부에서 응축수화된 냉각수를 배수하는 배수배관과;

   상기한 각 구성부재들과 연결되어 기기 상호간의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 유해 가스 중화 장치.